CN113994343A - 通信系统以及信息终端机 - Google Patents

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Abstract

提供一种使子机的结构更简单的通信系统、以及、使结构更简单的信息终端机。通信系统，包括：母机，能将信号发送到子机；和子机，具有天线、传感器部、RFID部、将所述天线连接到所述传感器部以及所述RFID部中的任一方的切换开关，如果通过所述子机的天线从所述母机接收到切换信号，则所述子机的切换开关从将所述天线和所述传感器部进行了连接的状态切换到将所述天线和所述RFID部进行了连接的状态。

Description

通信系统以及信息终端机
技术领域
本发明涉及通信系统以及信息终端机。
背景技术
一直以来，存在无源无线转发器(Passive wireless transponder)(例如参照专利文献1)，该无源无线转发器具有：按照反向扫描(backscattering)原理进行通信，用于提供无线频率识别(RFID)功能的天线、整流器以及调制器、用于对所述调制器提供调制频率的振荡器、和与所述振荡器连接且所述振荡器的振荡频率依赖于通过所述传感要素被传感的规定变量的值的传感要素，其中所述振荡频率为所述调制频率的N倍高次谐波。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特表2018-517981号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，现有的无源无线转发器通过利用从读取器发送的无线频率载波信号来工作并进行控制，从而以能选择的多个反向扫描调制频率将传感器数据传送到读取器。
如果在作为具有传感器的子机的无源无线转发器安装上述那样的功能，则子机的结构变得复杂。在包括作为母机的读取器和作为子机的无源无线转发器的系统中，尤其在子机的数量多的情况下，优选子机的结构更简单。
因而，目的在于提供一种使子机的结构更简单的通信系统、以及使结构更简单的信息终端机。
用于解决课题的手段
本发明的实施方式的通信系统包括：母机，能将信号发送到子机；和子机，具有天线、传感器部、RFID部、将所述天线连接到所述传感器部以及所述RFID部中的任一方的切换开关，如果通过所述子机的天线从所述母机接收到切换信号，则所述子机的切换开关从将所述天线和所述传感器部进行了连接的状态切换到将所述天线和所述RFID部进行了连接的状态。
发明效果
能够提供使子机的结构更简单的通信系统、以及使结构更简单的信息终端机。
附图说明
图1为表示实施方式的通信系统300的应用例的图。
图2为表示通信系统300的结构的图。
图3为表示BS电路212和传感器220的结构的图。
图4为表示载波、传感器信号、以及在载波叠加了传感器信号所得到的信号的波形的图。
图5为表示通过控制装置100接收的BS电路212的输出信号的一例的图。
图6为表示示出控制装置100所执行的处理的流程图的图。
具体实施方式
以下，对应用了本发明的通信系统以及信息终端机的实施方式进行说明。
<实施方式>
图1为表示实施方式的通信系统300的应用例的图。通信系统300包括作为搭载于无人飞机50的母机的控制装置100和作为子机的螺栓(bolt)200。螺栓200为信息终端机的一例，作为一例用于在通道(tunnel)10的内壁11固定照明部件20。
螺栓200包括检测向内壁11的固定状态的传感器和RFID(Radio FrequencyIdentifier，射频识别器)芯片，输出包括传感器的检测值的信号和包括RFID芯片的ID的响应信号。包括输出的检测值的信号和响应信号通过搭载于无人飞机50的控制装置100接收。
如上那样在将通信系统300应用于通道10的情况下，通信系统300的利用者通过操作控制器来操纵无人飞机50，使无人飞机50接近照明部件20，并使控制装置100取得从螺栓200输出的包括检测值的信号和响应信号。
通过读取包括检测值的信号的电平，能够检查在各螺栓200是否产生松弛。在通道10的内壁11安装有许多照明部件20，由于相对于一个照明部件20安装有多个螺栓200，因而对于一个通道10会利用许多螺栓200。
另外，无人飞机50包括控制部，该控制部与控制器进行无线通信，按照从控制器发送的命令来控制多个电动机的转速等。由此，无人飞机50能够根据控制器的操作自由地飞行。此外，无人飞机50的控制部由缆线等连接以使得能与搭载于无人飞机50的控制装置100进行数据通信。
图2为表示通信系统300的结构的图。在图2中表示控制装置100和螺栓200。
控制装置100具有主控制部111、检测值取得部112、ID取得部113、存储器114以及天线120。控制装置100通过包括CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、RAM(RandomAccess Memory，随机存储器)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)、HDD(Hard DiskDrive，硬盘驱动器)、输入输出接口、以及内部总线等在内的计算机来实现。
主控制部111、检测值取得部112、ID取得部113为将控制装置100执行的程序的功能(function)作为功能块示出的部件。此外，存储器114为功能性地表示控制装置100的存储器的部件。
主控制部111为对控制装置100的处理进行综合的处理部，执行检测值取得部112、ID取得部113执行的处理以外的处理。
检测值取得部112为了取得通过螺栓200检测到的检测值，进行请求信号的发送、发送电力的调整等的控制。
ID取得部113为了从螺栓200取得ID，进行切换信号的发送、切换信号的发送电力的调整等的控制。
存储器114保存通过检测值取得部112取得的检测值、通过ID取得部113取得的ID等。
天线120用于与螺栓200的通信。
螺栓200具有电路芯片210、传感器220、RFID芯片230、以及天线240。
电路芯片210具有切换开关211、BS(反向扫描，backscattering)电路212、整流电路213和恒压电路214。电路芯片210作为一例为内置切换开关211、BS电路212、整流电路213、恒压电路214的芯片型的电路，但也可以不是芯片型。
切换开关211为3端子型的开关，具有端子211A、211B、211C。此外，切换开关211具有被输入从控制装置100发送的切换信号的输入端子211D。端子211A、211B、211C分别与天线240、BS电路212、RFID芯片230连接。
切换开关211按照切换信号将天线240与BS电路212以及RFID芯片230中的任一方连接。切换开关211在切换信号为L(低)电平的状态下，连接端子211A和端子211B、即连接天线240和BS电路212。
切换开关211在切换信号被切换为H(高)电平的状态下，连接端子211A和端子211C、即、连接天线240和RFID芯片230。
切换信号在某特定的状态以外被保持为L电平。因而，切换开关211在某个特定的状态以外连接天线240和BS电路212。切换信号处于H电平这一点与以下的情况意义相同，即电路芯片210接收到将基于切换开关211的天线240的连接目的地从BS电路212切换到RFID芯片230的切换信号。
在BS电路212连接有切换开关211、整流电路213、传感器220。如果由天线240接收，并经由切换开关211输入请求信号，则BS电路212将请求信号输出到整流电路213。其结果，传感器220工作并将表示检测值的传感器信号输出到BS电路212。
如果从传感器220输入传感器信号，则BS电路212将包括传感器信号所表示的检测值在内的信号输出到切换开关211。包括检测值的信号从天线240被放射，在控制装置100处于能接收的范围的情况下，通过控制装置100接收。另外，关于BS电路212的细节后述。
整流电路213为在BS电路212与恒压电路214之间设置的全波整流电路，对从BS电路212输入的请求信号进行全波整流并输出到恒压电路214。请求信号为规定频率的交流信号，因而由整流电路213被全波整流并输出到恒压电路214。
恒压电路214为对由整流电路213被全波整流后的电力进行平滑化的平滑化电路。通过恒压电路214被平滑化后的直流电力作为对BS电路212以及传感器220产生作用的电力被提供。作为恒压电路214，例如能够采用平滑化电容器。恒压电路214作为平滑化电容器发挥功能，并且也作为将所蓄积的电力提供到传感器220以及BS电路212的电力源发挥功能。
传感器220的电力输入端子与恒压电路214连接，输出端子与BS电路212连接，如果从恒压电路214输入电力，则启动，将表示检测值的检测信号输出到BS电路212。传感器220例如为被封入到螺栓200的内部的压力传感器。作为压力传感器能够采用例如利用了压阻效应的半导体压力传感器的压力传感器。
如果在螺栓200与螺母之间夹着用于将照明部件20安装到内壁11的部件并紧固，则螺栓200在轴向被拉升而增加封入传感器220的内部空间的体积，压力降低。
此外，如果在螺栓200以及螺母在夹着用于将照明部件20固定于内壁11的部件而紧固的状态下，螺栓200与螺母相对地松弛，则将螺栓200在轴向上拉伸的力降低，拉升的量减少。其结果，封入传感器220的内部空间的体积降低，内部的压力上升。如果检测到这种压力的降低，则能够检测出伴随着经时的螺栓200与螺母的松弛。
RFID芯片230为RFID标签用的IC(Integrated Circuit，集成电路)芯片，在内部存储器中保存有固有的ID。RFID芯片230为没有内置电源的无源型。
RFID芯片230在切换开关211连接了天线240与RFID芯片230时，由通过天线240接收的信号的电力启动，输出包括ID的响应信号。响应信号通过天线240被放射，在能接收的位置存在控制装置100的情况下，被控制装置100接收。
RFID芯片230处于启动电力的信号为将基于切换开关211的天线240的连接目的地从BS电路212切换到RFID芯片230的H电平的切换信号。
图3为表示BS电路212与传感器220的结构的图。
BS电路212具有开关251、滤波器252、混频器(mixer)253、PLL(Phase LockedLoop，锁相环)254、放大器255、以及控制部256。
开关251为2端子型的开关，通过滤波器252的输出进行接通/断开的切换。作为开关251，例如能够采用FET(Field Effect Transistor，场效应晶体管)。开关251的一个端子251A与切换开关211的端子211B连接，另一个端子251B接地。
滤波器252为设置在开关251的控制端子与混频器253之间的LPF(Low PassFilter，低通滤波器)。规定频率的信号从混频器253被输入到滤波器252。规定频率例如为920MHz。滤波器252截断比包括规定频率的频带高的频率分量。滤波器252设置为用于截断规定频率的信号的高次谐波。
混频器253将从放大器255的输出端子输入且被放大的传感器信号叠加到从PLL254的输出端子输入的载波并输出。
PLL254输出用于传输被放大后的传感器信号的规定频率的载波。载波的频率例如为920MHz。
放大器255放大从传感器220输入的传感器信号并输入到混频器253。
控制部256为切换切换开关211(参照图2)的切换电路的一例。控制部256例如为微型计算机，输出端子与切换开关211的输入端子211D连接。
如果H电平的切换信号经由切换开关211被输入到BS电路212则控制部256启动，将基于切换开关211的天线240的连接目的地切换到RFID芯片230。切换信号为H电平的期间是足以进行RFID芯片230为了输出包括ID的响应信号的动作的规定的期间，如果经过规定的期间则转移到L电平。如果切换信号返回到L电平，则控制部256将基于切换开关211的天线240的连接目的地从RFID芯片230切换到BS电路212。
作为一例，传感器220具有谐振电路的结构，该谐振电路具有三个逆变器221、可变电阻器222和电容器223。三个逆变器221被串联连接。在此，三个逆变器221从右侧起依次称为第一级、中间级、最终级。第一级逆变器221的输出端子与中间级的逆变器221的输入端子连接，并且经由电容器223与自身的输入端子连接。
此外，中间级的逆变器221的输出端子与最终级的逆变器221的输入端子连接。此外，中间级的逆变器221的输出端子经由可变电阻器222以及电容器223与自身的输入端子连接，并且经由可变电阻器222与第一级的逆变器221的输入端子连接。
可变电阻器222如上述那样为利用了压阻效应的半导体压力传感器，电阻值根据螺栓200的内部空间的压力的变化而发生变化。另外，电容器223的静电电容为固定值。
由于可变电阻器222根据螺栓200的内部空间的压力的变化而产生变化，因而请求信号的电力被提供并启动时，则这种传感器220输出与根据可变电阻器222的电阻值和电容器223的静电电容决定的时间常数相应的谐振频率的传感器信号。
传感器信号被放大器255放大，在混频器253中叠加到从PLL254输入的载波，由滤波器252除去高次谐波分量并输入到开关251的控制端子。其结果，开关251以从滤波器252输出的信号的频率切换接通/断开。开关251的输出为包括检测值的信号，作为BS电路212的输出信号经由切换开关211从天线240被放射。
图4为表示载波、传感器信号、以及在载波叠加了传感器信号的信号的波形的图。作为一例，在载波为920MHz的情况下，设定传感器220的谐振电路的时间常数以使得传感器信号的频率成为大约100kHz到1MHz左右(从载波的约1/1000到1/10000左右)。
作为一例，如果在(A)所示的920MHz的载波叠加(B)所示的100kHz的传感器信号，则得到(C)所示的被叠加的信号。被叠加的信号为以传感器信号对载波的相位进行了调制而得到的信号。被叠加的信号从滤波器252被输入到开关251的控制端子。
图5为表示通过控制装置100接收的BS电路212的输出信号的一例的图。图5表示控制装置100从两个螺栓200接收到BS电路212的输出信号的情况下的波形的一例。
由于传感器220的可变电阻器222的电阻值根据螺栓200的内部空间的压力而产生变化，因而传感器信号的谐振频率根据螺栓200的内部空间的压力而产生变化。
在图5中成为从一个螺栓200接收到的BS电路212的输出信号在920MHz的载波的前后约100kHz处具有峰值，从另一个螺栓200接收到的BS电路212的输出信号在920MHz的载波的前后约200kHz处具有峰值。
图6为示出表示控制装置100执行的处理的流程图的图。
利用者用控制器操纵无人飞机50，在无人飞机50处于与通道10的内壁11接近到某程度的时间点，控制装置100开始处理(起动)。
检测值取得部112以规定的发送电力发送请求信号(步骤S1)。请求信号被发送到不特定的螺栓200。其结果，接收到请求信号的螺栓200输出包括检测值的信号。
检测值取得部112判定是否从螺栓200接收到包括检测值的信号(步骤S2)。
如果检测值取得部112判定为接收到包括检测值的信号(S2：是)，则使请求信号的发送电力降低规定电力(步骤S3)。
另一方面，如果检测值取得部112在步骤S2中判断为没有接收到包括检测值的信号(S2：否)，则使请求信号的发送电力增大到在刚刚之前的步骤S3的处理中降低前的规定电力为止(步骤S4)。
检测值取得部112判定是否从螺栓200接收到包括检测值的信号(步骤S5)。这是因为为了确认在步骤S2中判定为最后接收到的发送电力中能否再次接收的缘故。
如果通过检测值取得部112判定为没有接收到包括检测值的信号(S5：否)，则主控制部111使流程前进到步骤S6，对无人飞机50的控制部进行请求以使得无人飞机50进一步接近螺栓200(步骤S6)。其结果，无人飞机50的控制部进行请求控制器使无人飞机50进一步接近螺栓200的显示等。
如果检测值取得部112在步骤S5中判定为接收到包括检测值的信号(S5：是)，则判定包括检测值的信号是否为一个(步骤S7)。例如，在包括检测值的信号有两个的情况下，如图5所示那样，在载波的峰值的两侧各得到两个从载波的峰值偏离了传感器220的谐振频率的峰值。因此，在步骤S7中，判定在载波的峰值的两侧是否各有一个峰值即可。
如果检测值取得部112判定为包括检测值的信号不是一个(S7：否)，则使请求信号的发送电力降低规定电力(步骤S8)。这是因为带入包括检测值的信号成为一个的状況的缘故。
在步骤S7中，如果通过检测值取得部112判定为包括检测值的信号为一个(S7：是)，则ID取得部113在将发送电力保持为在步骤S4中针对请求信号设定的发送电力的状态下发送切换信号(步骤S9)。
ID取得部113判定是否从螺栓200接收到包括ID的响应信号(步骤S10)。
如果ID取得部113判定为从螺栓200接收到包括ID的响应信号(S10：是)，则判定包括ID的响应信号是否为一个(步骤S11)。
如果通过ID取得部113判定为包括ID的响应信号为一个(S11：是)，则主控制部111将接收到的响应信号中包括的ID和在步骤S7中判定为一个的信号中包括的检测值建立关联并保存到存储器114中(步骤S12)。
通过以上所述控制装置100结束一系列的处理(结束)。
另外，如果在步骤S10中通过ID取得部113判定为没有从螺栓200接收到包括ID的响应信号(S10：否)，则主控制部111使流程返回到步骤S6。这是因为要求使无人飞机50进一步接近螺栓200的缘故。
此外，如果ID取得部113在步骤S11中判定为包括ID的响应信号不是一个(S11：否)，则使切换信号的发送电力降低规定电力(步骤S13)。这是因为带入到从一个螺栓200接收包括ID的响应信号的状況的缘故。
如上所述，如果螺栓200从控制装置100接收到请求信号，则电路芯片210以请求信号的电力工作并取得表示传感器220的检测值的传感器信号，BS电路212输出包括检测值的信号，并从天线240放射。
控制装置100使发送电力降低直到针对请求信号发送包括检测值的信号的螺栓200成为一个为止。如图5所示那样，包括检测值的信号呈现为在载波的峰值的两侧偏离了传感器220的谐振频率的峰值。在载波的峰值的两侧为偏离了传感器220的谐振频率的峰值。控制装置100从一个螺栓200取得包括检测值的信号，根据包括检测值的信号提取传感器220的检测值。
而且，控制装置100在将通信对象集中到一个螺栓200的状况下发送切换信号。如果螺栓200接收切换信号，则切换开关211切换为连接天线240与RFID芯片230的状态，RFID芯片230以切换信号的电力工作并输出包括ID的响应信号，包括ID的响应信号从天线240被放射。
如果控制装置100从接收到包括检测值的信号的螺栓200取得包括ID的响应信号，则将检测值与ID建立关联并保存在存储器114中。由此，控制装置100能够将由某一个螺栓200的传感器220检测到的检测值和ID建立关联地取得。
在这样的一系列的处理中，螺栓200仅按照从控制装置100发送的请求信号和切换信号进行工作，控制装置100进行成为用于将通信对象的螺栓200集中到一个的控制、用于从集中到一个的螺栓200取得包括ID的响应信号的控制。
因而，能够提供使螺栓200(子机)的结构更简单的通信系统300、以及使结构更简单的螺栓200。
此外，螺栓200以请求信号的电力工作并放射包括检测值的信号，由于以切换信号的电力工作并放射包括ID的响应信号，因而不需要包括电池等的电源。在这一点上也能使螺栓200(子机)的结构变得简单。
此外，由于螺栓200的电路芯片210包括BS电路212，因而能够在不对传感器220的检测值进行数字变换等处理的情况下，模拟地进行处理而将检测值传递给控制装置100。在这一点上也能使螺栓200(子机)的结构变得简单。
另外，以上说明了将传感器220设置于螺栓200(子机)，通过搭载于无人飞机50的控制装置100(母机)取得检测值和ID的方式，但设置传感器220和RFID芯片230的子机并不限于螺栓200，作为母机的控制装置100并不限于搭载于无人飞机50的方式。能够在各种子机设置传感器220和RFID芯片230，能通过各种方式的控制装置100取得检测值和ID。
此外，以上对在螺栓200中电路芯片210与RFID芯片230为分体的方式进行了说明。这样，通过使电路芯片210和RFID芯片230为分体，有时能削减采购成本。另外，电路芯片210和RFID芯片230也构成为一个芯片。
以上，对本发明的例示性的实施方式的通信系统以及信息终端机进行了说明，但本发明并不限定于具体公开的实施方式，能在不脱离权利要求书的范围内进行各种变形、变更。
另外，本国际申请是主张基于2019年8月2日申请的日本专利申请2019-143048的优先权，且将其全部内容通过此处的参考而援引于本国际申请中。
符号说明
50 无人飞机
100 控制装置
111 主控制部
112 检测值取得部
113 ID取得部
114 存储器
200 螺栓
210 电路芯片
211 切换开关
212 BS电路
220 传感器
230 RFID芯片
240 天线
300 通信系统。

Claims (7)

1.一种通信系统，包括：
母机，能将信号发送到子机；和
子机，具有天线、传感器部、RFID部、将所述天线连接到所述传感器部以及所述RFID部中的任一方的切换开关、和基于从所述母机发送的切换信号切换所述切换开关的切换电路，
如果通过所述子机的天线从所述母机接收到切换信号，则所述切换电路按照所述切换信号将所述子机的切换开关从将所述天线和所述传感器部进行了连接的状态切换到将所述天线和所述RFID部进行了连接的状态。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其中，
所述子机还包括在所述切换开关与所述传感器部之间设置的反向扫描电路，
所述切换开关为切换将所述天线从经由所述反向扫描电路与所述传感器部连接的状态和将所述天线与所述RFID部连接的状态的切换开关。
3.根据权利要求2所述的通信系统，其中，
在所述子机的切换开关为将所述天线经由所述反向扫描电路与所述传感器部连接的状态下，如果通过所述子机的天线从所述母机接收到请求信号，则所述传感器部输出的包括检测值的信号经由所述反向扫描电路从所述天线向所述母机发送。
4.根据权利要求3所述的通信系统，其中，
所述母机在从多个所述子机接收包括所述检测值的信号的情况下，使所述请求信号的发送输出降低直到成为从1台所述子机接收包括所述检测值的信号的状态为止。
5.根据权利要求3或4所述的通信系统，其中，
所述传感器部以及所述反向扫描电路采用通过所述天线接收的请求信号的电力来工作。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的通信系统，其中，
如果所述切换开关被切换到将所述天线和所述RFID部进行了连接的状态，则所述RFID部经由所述天线输出包括识别信息的信号。
7.一种信息终端机，包括：
切换开关，具有连接天线的天线端子、连接传感器部的传感器端子和连接输出规定的信息的信息输出部的信息端子，将所述天线端子与所述传感器端子以及所述信息端子中的任一方连接；和
切换电路，基于从母机发送的切换信号切换所述切换开关，
如果在所述天线端子从所述母机接收到切换信号，则所述切换电路按照所述切换信号将所述切换开关从将所述天线端子和所述传感器端子进行了连接的状态切换到将所述天线端子和所述信息端子进行了连接的状态。
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